光学遥感论文.doc

简介遥感技术原理及应用发展摘要：遥感(Remote Sensing)是当今一门综合性探测技术，具有广泛的应用。简要介绍遥感的基本方法、原理及其特点，讨论遥感在各个领域中的应用及发展。关键词：遥感 原理 应用 发展1.前言在光学遥感技术的课上我又一次接触到了“遥感”这个词，学习这门课程到现在，我查了许多资料，也看了许多书籍，对此有了初步的了解，当然只是一点皮毛而已，我就我这段时间所学对遥感技术作一个简单介绍。遥感是20世纪60年代以来，在现代物理学、空间科学、电子计算机技术、数学方法和地球科学理论的基础上建立和发展起来的一门新兴的、综合性的边缘学科，是一门先进的、实用的探测技术。它从以飞机为主要的航空遥感，到以人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机为运载工具的航空遥感，大大地扩展了人们的观察视野及观测领域，形成了对地球资源和环境进行星空地监测得立体观测体系。遥感技术具有先进性、综合性和实用性。它已经广泛地应用于农业、林业、渔业、地理水文、气象、环境监测等领域。随着近些年对遥感基础理论研究的重视，遥感技术正在逐渐发展成为一门综合性的交叉学科。2.遥感的简介1.1遥感的概念遥感(RS) 的含义就是“遥远感知事物”，亦即不与物体直接接触，便能得知物体的属性等情况。广义指各种非接触的、远距离的探测技术；狭义指从远距离、高空，以至在外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物体的性质和运动状态的现代科学技术1，详情见图12。它是1962年美国密执安大学召开专题讨论会提出的。从此，遥感成为从高空探测地表及其环境的信息获取、处理及其应用技术的专门术语1。图1 遥感工作过程遥感是通过航空或航天传感器来获取信息的技术手段3。利用遥感可以快速、廉价地得到地面物体的空间位置和数据属性4。1.2遥感技术的基本原理一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射和辐射不同波长电磁波的特性。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。遥感就是根据这个原理来探测目标对象反射和发射的电磁波，获取目标的信息，通过目视解译处理完成远距离物体识别的技术5。1.3遥感技术系统现代遥感技术系统主要由遥感平台、传感器以及遥感信息的接收和处理等三部分组成，如图2所示：图2 遥感技术系统的组成遥感平台，是指装载传感器的运载工具。主要遥感平台有飞机、气球、人造卫星和载人飞船，还包括近地面的高塔、长臂车等。其高度、运行周期和寿命以及覆盖面积和分辨率各不相同。人造地球卫星根据探测对象可分三大类：气象卫星(如我国的“风云” 系列)，陆地卫星(如美国的LANDSAT系列)，海洋卫星。传感器，是记录地物反射或发射电磁波能量的装置，是遥感技术系统的核心部分。根据传感器工作方式的不同，可分为主动式和被动式两类。主动式传感器是由人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收从目标物反射回来的量，如：侧视雷达、微波散射计等；被动式传感器是接收自然界地物所辐射的能量，如：摄影机、多波段扫描仪等。根据传感器记录方式的不同可分为非成像方式和成像方式两类。非成像方式是把传感器探测到的地物辐射强度，用数字或曲线表示，如：红外辐射温度计、微波辐射计、雷达辐射计等。成像方式是把地物辐射强度，用图像的形式表示，如：摄影机 扫描仪和成像雷达等。遥感信息的传输与处理，如何将遥感信息适时地传输回地面，经过适当处理供用户需要，这是整个遥感技术系统中直接关系到信息应用效果的部分。遥感信息传输：一种是运载工具返回时回收，为航空遥感所常用；另一种是传感器将收到的电磁波信息，经光、电转换，通过无线电将数据传送到地面接收站，为卫星遥感所常用。遥感信息的处理：地面接收站接收到的遥感信息，受到多种因素的影响，如传感器的性能、大气的不均匀性等，使地物的几何特性与光谱特征可能发生一些变化，必须通过适当的处理后，才能提供给用户遥感数据的处理过程如图3：数据压缩内插采样判读、应用类型识别统计分析数据存储、提取数据管理几何校正配准绘图辐射校正增强校准数据收集人造卫星飞机地面测量地图资料数据管理校准、注记原始数据辅助数据图3 遥感数据处理过程1.4遥感技术的特性6光谱特性探测波段从可见光向两侧延伸，扩大了人们对地物特性的研究遥感技术不仅能获得地物在可见光波段的电磁波信息，而且还可以获得紫外、红外、微波等波段的信息，从而扩大了人们的视野，加深了对事物的认识。另外，微波具有穿透云层、冰层和植被的能力，红外线能探测地表温度的变化等，使人们对地物的观测达到全天候。时相特性能够周期成像，有利于动态监测和研究、对比不同时相的成像资料，不仅可以研究地面物体的动态变化，为环境监测以及研究事物发展变化规律提供条件，而且还可以及时发现病情、灾情，为科学预报提供依据与资料。空间特性视域范围大，具有宏观性、运用遥感技术从飞机或卫星上获取地面的航空相片、卫星图像，比在地面上观察，视域范围要大得多，为人们宏观研究地物及其分布规律提供了条件。例如，一张比例尺为1：3 5万的23 X 23厘米的航空相片，可以表示地面60余平方千米的实况，而且可将连续的相片镶嵌为更大区域的相片图；卫星图像的视域更大，一张陆地卫星多光谱扫描图像，可以表示地面34225千米(相当于我国海南岛的面积)的实况。经济特性成本低、收益大、用途广、运用遥感技术进行地面普查，比传统的野外调查，不仅速度快、范围广，而且可以代替人类在边远或危险地带的工作，经济效益明显。3.遥感技术的应用有关统计表明，遥感技术已经应用于数十个领域，而且其应用领域还在不断拓展。遥感技术的应用范围可以归纳为以下几个主要方面：3.1军事遥感遥感技术最先起源于军事应用，目前它在军事上的应用的先进性和广泛性远远超过民用。主要用来军事侦察、监视和制导如1990年海湾战争中美国等西方国家在战前就利用遥感等技术手段对伊进行了全面侦察，战时又进行实时监控，从而始终掌握着战争的主动权。3.2环境遥感环境遥感是利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称8。随着环境问题的日益突出和全球化，遥感技术在环境保护领域中应用的必要性和迫切性越来越广泛地被全球各国所认识。近年来国内外大量实践表明，遥感技术是获取环境信息的强有力手段，利用遥感技术监测大范围的环境变化省力、省时，既可以从宏观上快速跟踪和监测突发污染事件的发生、发展，及时制订处理措施，减少污染造成的损失，突破了以往研究环境的局限性910。遥感技术在环境污染监测中的应用主要包括大气污染监测、水环境质量监测、生态环境监测、城市热岛效应监测、固体废弃物监测等。利用遥感技术开展环境监测、环境调查是一种快速、准确、经济、有效的方法。充分利用遥感技术的各种优势，进行科学研究和其他成果的转化应用，是今后提高环境监测工作水平的发展方向，也是完成环境监测任务的有效途径。3.3考古遥感考古遥感就是从航天飞机、卫星、飞机等不同空间位置上，运用摄影机、扫描仪、雷达等成像设备，获取考古遗址的影像资料，然后运用计算机图形图像处理技术，对这些影像进行增强和处理。同时，根据遗址范围内地表现状和光谱成像规律等的相互关系，对影像的色调、纹理、图案及其时空分布规律进行研究，判定遗迹或现象的位置、分布、形状、深度等特征，进行遗址探查、考古测量、古地貌和古遗址复原等工作，为考古研究提供重要线索。随着遥感和计算机等相关科学的不断进步，遥感影像的地面分辨率会有很大程度的提高，波谱特征更加丰富，遥感没备与图像处理的方式也更加多样化，考古遥感技术也会有长足的进展，也许会有那么一天，考古遥感技术能够成为考古勘探中不可缺少的关键技术。3.4测绘 遥感在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像图和经专业判读后编绘各种专题图、世界的发展突飞猛进，因此地图资料的更新速度要求也会越来越高，而常规的测量方法不仅工作量大，而且还存在一些很难测定的空白点，遥感技术的发展恰恰能够弥补这些不足。例如：在亚马孙河流域有近500万平方千米的热带雨林区人迹罕至、云雾不散，常规测量方法难以工作，而应用侧视雷达在不到一年时间就完成了该地区比例尺1：40万的雷达扫描，取得了很有价值的资料。遥感技术在测绘中的应用，最直接的一点便是其动态监测。所谓动态监测，即运用遥感技术，对土地的变更、土地调查和动态进行相关监测12。3.5地、矿 一定的地貌类型与一定的地质构造有密切的关系，而一定的地质构造又与成矿条件有很大的关联。遥感资料为地质研究和勘查提供先进手段，为矿产资源调查提供重要依据与线索、利用遥感资料就可以首先从分析研究地区的地貌人手，然后选择若干点进行野外观察和验证。在矿产资源调查方面，也是先利用遥感资料进行成矿条件的地质分析，提出矿产普查勘探的方向。例如：美国利用卫星图像分析了加利福尼亚海岸山脉汞矿床，揭示出新的构造线，查明了成矿条件，从而扩大了矿区的远景13。3.6农林业遥感在农业领域内最早应用的主要是航空照片。当前应用较多的领域是农作物估产、作物生长状态监测、土地调查、农作物生态环境监测与自然灾害及病虫害监测等方面。林业遥感技术包括航空遥感技术和航天遥感技术。因其性质不同，所以在林业中的应用及发展也不相同。林业上最常用的技术是航空遥感，是指利用各种飞机、飞艇、气球等作为传感器运载工具在空中进行的遥感技术。其应用主要包括：森林资源检测、林地分类、优势树种的判读、林分平均高度判读等14。4.遥感的发展15遥感技术的兴起可追溯到19世纪初，1839年人类获得了第一张像片。1858年法国人首次乘气球在巴黎上空进行了空中摄影试验。1903年发明飞机后，航空摄影逐步发展起来。1957年人造卫星上天，人们又把遥感器装载到卫星上，使遥感技术的发展进入一个崭新的阶段。现代遥感：1957年：前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星；20世纪60年代：美国发射了TIROS、ATS、ESSA等气象卫星和载人宇宙飞船；1972年：发射了地球资源技术卫星ERTS-1（后改名为Landsat-1），装有MSS感器，分辨率79米 ；1982年Landsat-4发射，装有TM传感器，分辨率提高到30米；1986年法国发射SPOT-1，装有PAN和XS遥感器，分辨率提10米；1999年美国发射 IKNOS，空间分辨率提高到1米。目前，遥感分析正从单一遥感资料分析，向多时相、多数据源的信息复合与综合分析过滤；从资源环境静态分布研究，向动态过程监测过渡；从动态监测，向预测、预报过渡。可以预见，遥感技术必将获得更快的发展，应用领域更加扩大。微波遥感技术将进一步提高，星载遥感器的地面分辨率和光谱分辨率将大大提高，与其他技术将结合的更紧密，在各领域中发挥出更大的作用。5.总结通过以上简要的介绍，我们了解了遥感的简史和基本原理，知道了其应用领域的广泛性。我们有理由相信，随着今后遥感在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率等方面的提高和改进，其应用将越来越广泛。参考文献1 赵宪文林业遥感定量评估M北京：中国林业出版社，l9976l22 赵文彦，丁瑞. 遥感技术在公路测设中的应用综述J.西部探矿工程,2006,(5): 2312333 Frank C B KRemote sensing，image processing and GIS：trends and forecastsJJ For,1 996，94(6)：3 l354 张会儒计算机技术在国外林业中的现状及发展趋势J世界林业研究，1998，(5)：44505 顾斌，董杰.浅谈遥感技术及其应用J.科技与生活，2010,(18): 98996 陈德超，益建芳，李祥.遥感技术及其应用J.现代物理知识，2000,(3):26297 杨士中.测控及遥感的军事应用J.重庆邮电学院学报，2001,(6): 138 冯筠，黄新宇遥感技术在资源环境监测中的作用及发展趋势J遥感技术与应用，1999，14(4)：59609 吴忠勇、程承旗3s技术在环境监测信息管理系统建设中的应用初探J中国环境监测，1997，13(1)：2610 江丽遥感技术在资源调查